Modélisation tridimensionnelle des matériaux supraconducteurs PDF Download
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Book Description
Nous présentons une contribution à la modélisation tridimensionnelle des phénomènes électromagnétiques et thermiques couplés dans les matériaux supraconducteurs à haute température critique. La méthode des volumes finis est adoptée comme méthode de résolution des équations aux dérivées partielles caractéristiques aux phénomènes physiques traités. Le couplage électromagnétique thermique est assuré par un algorithme alterné. L'ensemble des modèles mathématico-numériques ainsi développés et implémentés sous Matlab, sont appliqués pour étudié le comportement des supraconducteurs dans le cadre des paliers magnétiques et pour étudier le comportement des supraconducteurs durant le processus d'aimantation. Les résultats à caractère magnétique et ceux à caractère thermique sont largement présentés. La validité du travail proposé est atteinte par comparaison des résultats ainsi obtenus à ceux donnés par l'expérimentation.
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Nous présentons une contribution à la modélisation tridimensionnelle des phénomènes électromagnétiques et thermiques couplés dans les matériaux supraconducteurs à haute température critique. La méthode des volumes finis est adoptée comme méthode de résolution des équations aux dérivées partielles caractéristiques aux phénomènes physiques traités. Le couplage électromagnétique thermique est assuré par un algorithme alterné. L'ensemble des modèles mathématico-numériques ainsi développés et implémentés sous Matlab, sont appliqués pour étudié le comportement des supraconducteurs dans le cadre des paliers magnétiques et pour étudier le comportement des supraconducteurs durant le processus d'aimantation. Les résultats à caractère magnétique et ceux à caractère thermique sont largement présentés. La validité du travail proposé est atteinte par comparaison des résultats ainsi obtenus à ceux donnés par l'expérimentation.
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Les matériaux supraconducteurs présentent des propriétés physiques et géométriques particulières qui exigent des approches de modélisation spatio-temporelle fines, où les méthodes classiques trouvent rapidement leurs limites en termes de convergence, de précision et de temps de calcul. Ce dernier peut être très conséquent, ce qui est incompatible avec les problèmes de dimensionnement et d'optimisation. Dans ce contexte, ce travail a pour objectif de développer des approches de modélisation multiphysique rapides pour le dimensionnement et l'optimisation des systèmes à base de supraconducteurs. Un intérêt particulier est porté pour les méthodes intégrales. Les verrous scientifiques à lever, qui constituent également l'originalité du travail, résident dans l'intégration des lois de comportement E(J) des supraconducteurs dans les schémas numériques de ce type de méthodes. Dans ce travail on développe un modèle numérique afin d'étudier la distribution de la densité de courant et d'estimer les pertes AC dans les supraconducteurs à haute température (HTS). Le modèle développé est basé sur une formulation intégro-différentielle en termes de potentiel vecteur électrique dans les deux domaines fréquentiel et temporel. Une campagne de test est menée afin de valider et de bien cerner les possibilités offertes et les limites de cette approche pour la modélisation des supraconducteurs.
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L'objectif de ce travail de thèse est d'optimiser le processus d'aimantation des pastilles supraconductrices à haute température critique (SHTC) par un champ magnétique impulsionnel ou PFM (Pulsed Field Magnetization) afin de les mettre en œuvre dans des applications dans le domaine de l'électrotechnique. Dans l'étape de conception de l'inducteur nécessaire pour magnétiser ces pastilles SHTC, la modélisation et la simulation sont fortement recommandées pour effectuer les calculs nécessaires des différentes caractéristiques électriques du système d'aimantation. De ce fait, nous avons développé un modèle analytique pour étudier l'influence de la présence d'une pastille supraconductrice dans un circuit ferromagnétique sur la valeur de l'inductance d'une bobine inductrice. Il s'agit de résoudre les équations de Laplace et de Poisson dans différentes régions d'intérêt à travers le potentiel vecteur magnétique. La résolution analytique a été effectuée à l'aide d'un code de calcul développé sous MATLAB où les résultats obtenus ont été en bonne concordances avec ceux obtenus par simulation numérique sous COMSOL. L'inhomogénéité des pastilles SHTC de type YBaCuO en termes de la densité de courant critique Jc a été également étudiée. Pour cela, nous avons réalisé des expériences de l'aimantation des ces pastilles par la méthode PFM. Nous avons montré que la surface plane contenant le germe de cristallisation (seed) de ces pastilles est caractérisée par une Jc plus élevée que l'autre surface. Ainsi, nous avons étudié l'influence de la position du germe de cristallisation dans la méthode de caractérisation à deux pastilles.
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LE TRAVAIL PRESENTE DANS CE MEMOIRE SE SCINDE EN TROIS PARTIES: LA PREMIERE PARTIE EST CONSACREE AU PHENOMENE DE SUPRACONDUCTIVITE, LA DEUXIEME PARTIE PORTE SUR LA MODELISATION NUMERIQUE EN GENERAL ET LA TROISIEME SUR LA MODELISATION NUMERIQUE DE LA SUPRACONDUCTIVITE. LA PREMIERE PARTIE COMMENCE PAR UNE PRESENTATION DES EQUATIONS DE GINSBURG-LANDAU. ENSUITE, EN VUE DE LA MODELISATION NUMERIQUE AU NIVEAU MACROSCOPIQUE, IL EST ETUDIE EN QUELLES CIRCONSTANCES UNE LOI DE COMPORTEMENT LOCALE RELIANT LE CHAMP ELECTRIQUE ET LA DENSITE DE COURANT EST VALIDE. BIEN QUE DANS LE CAS GENERAL, ELLE N'AIT PAS DE JUSTIFICATION, UNE TELLE LOI DE COMPORTEMENT EST ENVISAGEABLE DANS UN CAS PARTICULIER (FLUX-FLOW). LA DEUXIEME PARTIE EST CONSACREE A LA RECHERCHE DE METHODES NUMERIQUES INCONDITIONNELLEMENT CONVERGENTES, CAPABLES DE TRAITER LES TRES FORTES NON LINEARITES. DE TELLES METHODES, BASEES SUR LA MINIMISATION DE FONCTIONNELLES EXISTENT ET PEUVENT ETRE APPLIQUEES POUR LA RESOLUTION DES EQUATIONS DE MAXWELL COMPLETES. EN TROISIEME PARTIE LA METHODE DE RESOLUTION EST D'ABORD VALIDEE SUR UN PROBLEME SIMPLE (LINEAIRE), POUR ETRE ENSUITE UTILISEE POUR LA RECHERCHE DE LA LOI CONSTITUTIVE QUI EST INACCESSIBLE DIRECTEMENT A LA MESURE
Author: Jakub Kapek Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Aujourd'hui, les supraconducteurs trouvent de nombreuses applications, par exemple dans les câbles, les moteurs, les alternateurs ou la génération de champ magnétiques intenses. Les supraconducteurs sont disponibles sous forme de rubans, de fils ou de matériaux massifs. Le processus d'aimantation des supraconducteurs permet d'obtenir des supraconducteurs massifs avec un champ magnétique piégé de bien plus grande valeur que les aimants classiques à base de fer. Une aimantation correcte est la clé d'un champ magnétique piège très fort. Les travaux développés dans cette thèse concernent la modélisation en 2D et 3D, la conception et la réalisation d'un inducteur pour aimanter un ensemble de pastilles supraconductrices. D'une manière générale, il existe trois techniques d'aimantation des supraconducteurs : Zero Field Cooling (ZFC), Field Cooling (FC) et Pulsed Field Magnetization (PFM). Nous nous concentrons sur la PFM car c'est une solution plus compacte et moins onéreuse comparée aux autres techniques. Le procédé d'aimantation évoqué et tous les phénomènes qui en découlent ont été résolus en se basant sur la méthode des éléments finis (MEF) et à l'aide de différentes formulations. Dans ce travail, nous avons étudié et comparé en 2D et 3D la formulation en A, la formulation en H ainsi qu'une une formulation A - H en couplant les différentes variables sur les frontières des matériaux. La comparaison effectuée a montré les avantages de la formulation A - H dans la modélisation des problèmes liés aux supraconducteurs. En effet, dans certains cas, nous avons montré que l'utilisation de la formulation A - H permet de réduire le temps de simulation. Le modèle développé à partir de cette formulation constitue donc un outil intéressant pour de futurs travaux de dimensionnement et le développement d'applications des supraconducteurs au GREEN. Nous avons également dimensionné et étudié numériquement un modèle complet d'inducteur permettant d'aimanter un ou plusieurs supraconducteurs simultanément. Nous étudions deux configurations : le prototype I pour aimanter un seul supraconducteur (problème 2D) et le prototype II pour aimanter trois supraconducteurs (problème 3D). Ces deux configurations sont résolues en considérant les phénomènes électromagnétiques et thermiques ainsi que le couplage avec les équations du circuit alimentant l'inducteur. Les simulations ont montré que l'élévation de température dans le supraconducteur d'une dizaine de Kelvin générée lors de l'aimantation par PFM affectait le champ magnétique piégé. Il a été observé que la présence d'une ou plusieurs pastilles supraconductrices n'influençait pas l'impulsion de courant dans l'inducteur. Le champ piégé maximal obtenu numériquement pour le prototype I était de 706 mT et de 736 mT pour le prototype II. Les résultats obtenus ont ensuite été comparés aux résultats de la simulation. Cependant, certains supraconducteurs présentaient une forte inhomogénéité de leurs propriétés ce qui a eu pour conséquence de réduire le champ magnétique piégé observé expérimentalement. Des hypothèses ont été faites pour tenter de reproduire numériquement ces inhomogénéités et leurs effets. Néanmoins, ce calcul numérique ne peut se faire que par une modélisation 3D sans utilisation possible de symétries, et conduit à un de temps de calcul pouvant aller jusqu'à plusieurs jours. L'expérimentation avec des prototypes a permis d'obtenir un champ magnétique piégé maximal de 686 mT lors de l'aimantation d'une pastille, tandis qu'il était de 606 mT lorsque plusieurs pastilles ont été aimantées simultanément. Un abaissement de la température par l'utilisation d'un autre fluide cryogénique comme l'hydrogène liquide ou d'un autre système de refroidissement permettrait d'augmenter cette valeur de champ magnétique piégé à des valeurs beaucoup plus intéressantes pour les applications visées en génie électrique.
Author: SANDRA.. HO TAM FOU Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 131
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LA DECOUVERTE DES MATERIAUX SUPRACONDUCTEURS DITS A HAUTE TEMPERATURE CRITIQUE EN 1986 A FORTEMENT RELANCE L'INTERET POUR CES MATERIAUX. LEUR UTILISATION EST SERIEUSEMENT ENVISAGEE DANS DIVERS DOMAINES TELS QUE LA PRODUCTION, LE TRANSPORT, LE STOCKAGE D'ENERGIE, LES LIMITEURS DE COURANT, LA FABRICATION DE CABLES, DE MACHINES OU DE PALIERS MAGNETIQUES. C'EST A CES DERNIERS QUE L'ON S'INTERESSE TOUT PARTICULIEREMENT DANS CE TRAVAIL. LA PROPRIETE REMARQUABLE DES SUPRACONDUCTEURS DE FAIRE LEVITER ET DE MANIERE STABLE UN AIMANT PERMANENT PERMET D'ENVISAGER LEUR UTILISATION POUR DES DISPOSITIFS EN SUSPENSION. L'OPTIMISATION DE CES DISPOSITIFS NECESSITE DE CONNAITRE LEUR COMPORTEMENT ELECTROMAGNETIQUE ET DE DETERMINER AVEC UNE BONNE PRECISION LES GRANDEURS ELECTROMAGNETIQUES LIEES AUX SUPRACONDUCTEURS. IL EST DONC IMPERATIF DE DEVELOPPER DES MODELES MACROSCOPIQUES. CE MEMOIRE PRESENTE UN MODELE ORIGINAL BIDIMENSIONNEL AXISYMETRIQUE REDUISANT DE MANIERE CONSEQUENTE LES TEMPS DE CALCUL TRES IMPORTANTS DANS LES AUTRES MODELES DEJA EXISTANTS. LE MODELE CONDUIT A LA DETERMINATION D'UN DISPOSITIF ADAPTEE A UNE MEILLEURE STABILISATION DU SYSTEME ET/OU UNE FORCE D'INTERACTION OPTIMALE. CELA CONSISTE, PAR EXEMPLE, A FAIRE VARIER LA GEOMETRIE DE L'AIMANT OU CELLE DU SUPRACONDUCTEUR. CEPENDANT, EN PRATIQUE, LA GEOMETRIE DE CE DERNIER EST RAPIDEMENT LIMITEE PUISQUE LES TECHNIQUES DE FABRICATION ACTUELLES SONT TELLES QU'IL EST TRES DIFFICILE D'OBTENIR DES PASTILLES DE DIAMETRE SUPERIEUR A 100 MM AVEC DE BONNES PERFORMANCES EN TERME DE DENSITE CRITIQUE. DANS CETTE OPTIQUE, L'ASSEMBLAGE DE PASTILLES SUPRACONDUCTRICES PERMETTANT DE REMPLACER UN MATERIAU MASSIF EST DISCUTE. ENFIN, UN BILAN ENERGETIQUE OBTENU A PARTIR D'UN COUPLAGE ELECTRODYNAMIQUE-MECANIQUE A CONCLU CETTE ETUDE. IL A PERMIS DE METTRE EN EVIDENCE LE COMPORTEMENT HYSTERETIQUE DES SUPRACONDUCTEURS FOURNISSANT UNE PREMIERE EXPLICATION AU PHENOMENE DE LEVITATION.
Author: Laurent-Patrick Levy Publisher: Springer Science & Business Media ISBN: 3662042711 Category : Science Languages : en Pages : 470
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This up-to-date work presents a modern vision of magnetism and superconductivity covering both microscopic and phenomenological aspects. The basic information is illustrated with the help of current research topics such as the quantum Hall effect or mesoscopic aspects of superconductivity.
Author: Ahmed Belasri Publisher: Springer Nature ISBN: 9811554447 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 659
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This book highlights peer reviewed articles from the 1st International Conference on Renewable Energy and Energy Conversion, ICREEC 2019, held at Oran in Algeria. It presents recent advances, brings together researchers and professionals in the area and presents a platform to exchange ideas and establish opportunities for a sustainable future. Topics covered in this proceedings, but not limited to, are photovoltaic systems, bioenergy, laser and plasma technology, fluid and flow for energy, software for energy and impact of energy on the environment.
Author: Lotfi Alloui
Author: Lotfi Alloui
Author: Mohamad Farhat
Author: Mohamed Elbaa
Author: STEFAN.. VASILIU
Author: Joseph Duron
Author: Jakub Kapek
Author: SANDRA.. HO TAM FOU
Author: Laurent-Patrick Levy
Author: 
Author: Ahmed Belasri